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第1章 绪论1

1.1背景1

1.2交会过程的复杂性3

1.3目的和范围6

第2章 交会任务的各个阶段9

2.1发射和入轨9

2.1.1发射窗口9

2.1.2轨道面和轨道参数的定义11

2.1.3发射作业的适应度12

2.1.4发射末段航天器的状态12

2.2调相并转移到目标航天器轨道附近13

2.2.1调相的目标和终了状态13

2.2.2修正时间偏差和轨道参数14

2.2.3交会中参考坐标系14

2.2.4前向/反向调相15

2.2.5各个任务阶段的不同调相策略16

2.2.6初始瞄准点的定位17

2.2.7进入门替代瞄准点方案17

2.2.8开环机动的最终精度18

2.3远程交会作业18

2.3.1远程交会的目的和目标18

2.3.2交会时的相对导航19

2.3.3轨道因素和弹性时间因素19

2.3.4与目标航天器的通信联系20

2.4近程交会操作21

2.4.1接近21

2.4.2最后逼近23

2.5对接或停靠26

2.5.1目标和终极条件26

2.5.2关于捕获问题的讨论27

2.6撤离28

2.6.1撤离段的目标和终端条件28

2.6.2撤离的限制和问题29

第3章 轨道动力学和轨道要素32

3.1参考坐标系32

3.1.1地心赤道坐标系Feq33

3.1.2轨道平面坐标系Fop33

3.1.3航天器本体轨道坐标系Flo34

3.1.4航天器姿态坐标系Fa36

3.1.5航天器几何坐标系Fge37

3.2轨道动力学38

3.2.1围绕某一中心体的轨道运动38

3.2.2轨道修正41

3.2.3在目标参考坐标系中的运动方程44

3.3关于轨道类型的讨论46

3.3.1自由漂移运动48

3.3.2脉冲机动54

3.3.3连续推力机动65

3.4关于运动方程的总结80

第4章 逼近安全和避撞84

4.1轨道安全与轨迹偏离84

4.1.1故障公差和轨道设计要求85

4.1.2轨道安全的设计原则86

4.1.3轨道偏差的成因87

4.2轨道摄动88

4.2.1残留大气的阻力89

4.2.2地球势能异常产生的摄动95

4.2.3太阳压力96

4.2.4羽流在追踪航天器和目标航天器之间的动态作用98

4.3航天器系统产生的轨道偏差99

4.3.1导航偏差引起的轨道偏差100

4.3.2推进偏差引起的轨道偏差103

4.3.3推进器故障导致的轨道偏差107

4.4轨道偏差的防护措施108

4.4.1主动轨道保护108

4.4.2被动轨道保护111

4.5避撞机动117

第5章 逼近策略的设计因素123

5.1逼近策略的约束条件概述123

5.2发射和调相的约束125

5.2.1交点的漂移125

5.2.2到达时间的调整126

5.3几何约束和设备约束127

5.3.1目标捕获接口的位置和方向127

5.3.2交会敏感器的作用范围136

5.4同步监控的需要138

5.4.1日光照明139

5.4.2通信窗口146

5.4.3航天员的活动149

5.4.4调相和逼近中的时间—弹性因素150

5.5船载资源和操作储备153

5.6由目标站确定的逼近原则155

5.7逼近方案实例158

5.7.1逼近方案：案例1158

5.7.2逼近方案：案例2170

5.7.3逼近方案：案例3180

第6章 航天器船载交会控制系统188

6.1任务和功能188

6.2制导、导航和控制190

6.2.1导航滤波器191

6.2.2制导功能198

6.2.3控制功能202

6.3模式排序和设备管理225

6.4故障识别和修复概念230

6.5与自动系统的远程交互237

6.5.1与GNC功能的交互238

6.5.2对自动GNC系统的人工状态更新239

6.5.3人工在回路的自动GNC系统240

第7章 交会导航敏感器243

7.1基本的测量需求和概念244

7.1.1测量需求244

7.1.2测量原理256

7.2射频敏感器258

7.2.1距离和距离变化率的测量原理258

7.2.2方向和相对姿态的测量原理265

7.2.3测量环境和干扰270

7.2.4对射频敏感器应用的综合评估271

7.2.5实例：俄罗斯Kurs系统273

7.3绝对卫星导航和相对卫星导航280

7.3.1导航卫星系统简介280

7.3.2用户部分的导航处理284

7.3.3差分GPS和相对GPS的功能原理291

7.3.4测量环境和干扰296

7.3.5空间交会对接中卫星导航的总体评估297

7.4光学交会敏感器298

7.4.1激光扫描测距仪299

7.4.2摄像交会敏感器304

7.4.3测量环境和干扰310

7.4.4对交会光学敏感器的总体评估312

第8章 结构对接系统317

8.1对接和停靠的基本概念317

8.1.1对接操作318

8.1.2停靠操作320

8.1.3对接和停靠的共同点和主要不同点323

8.2对接和停靠装置类型325

8.2.1设计动因325

8.2.2中心对接装置和周边对接装置的比较328

8.2.3对接装置的异体同构设计330

8.2.4非加压的对接/停靠装置332

8.2.5对接和停靠装置举例333

8.3接触动力学/捕获341

8.3.1接触时的动量转换341

8.3.2冲击减振动力学344

8.3.3动量转换和冲击减振举例348

8.3.4捕获中冲击减振装置和对准装置352

8.3.5捕获装置358

8.3.6 GNC和对接系统的接口365

8.4最终连接的组件367

8.4.1结构锁368

8.4.2密封372

第9章 空间和地面的系统设置375

9.1空间和地面段的功能和任务376

9.1.1交会任务中的一般系统设置376

9.1.2控制职责和控制级别379

9.2地面段对RVD的监视和控制383

9.2.1监管控制的概念383

9.2.2地面操作员所用的支持工具的功能385

9.2.3目标站航天员的监测和控制功能391

9.3通信限制394

9.3.1数据传递的可靠性395

9.3.2数据传输限制398

第10章 验证与确认405

10.1验证与确认的局限性406

10.2开发过程中的RVD验证/确认方法407

10.2.1交会和对接的独有特性409

10.2.2开发周期中的验证阶段410

10.3验证的方法和工具412

10.3.1任务定义和可行性分析阶段413

10.3.2设计阶段414

10.3.3开发阶段419

10.3.4操作方法和远程操作员工具的验证426

10.3.5飞行产品生产阶段430

10.4飞船部件和轨道环境的数学建模431

10.4.1用于 RV控制系统测试的环境仿真的数学建模432

10.4.2接触动力学仿真的建模441

10.5模型、工具和设备的确认443

10.5.1 GNC环境仿真模型的确认444

10.5.2接触动力学仿真模型的确认447

10.5.3仿真项目和激励设备的确认449

10.6 RVD的主要仿真器和设备450

10.6.1基于数学建模的验证设备450

10.6.2光学敏感器激励设备的实例452

10.6.3对接的动态激励设备455

10.7 RVD/B技术的在轨演示458

10.7.1在轨演示的目的和局限458

10.7.2关键特征和装备的演示459

10.7.3 RV系统和操作的在轨演示465

附录A运动动力学（Finn Ankersen著）472

A.1圆轨道的相对运动方程472

A.1.1一般系统的微分方程472

A.1.2近似解477

A.1.3特殊解480

A.1.4离散时间状态空间系统483

A.1.5移动椭圆公式484

A.2姿态动力学和运动学487

A.2.1方向余弦矩阵（DCM）487

A.2.2非线性动力学488

A.2.3非线性运动学489

A.2.4线性运动学和动力学姿态模型489

附录B现有飞行器的交会策略492

B.1航天飞机492

B.2联盟号（Soyuz）/进步号（Progress）496

附录C ISS背景下的交会飞行器501

C.1国际空间站502

C.2俄罗斯和平号空间站507

C.3航天飞机510

C.4联盟号飞船512

C.5进步号飞船514

C.6欧洲自动货运飞船（ATV）516

C.7H—Ⅱ型货运飞船（HTV）518

简称与缩略语521

专业术语525